[發明專利]面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化方法

有效

• 申請號: 202010934002.3
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112147600B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王奕杰;時晨光;丁琳濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/00
• 分類號: G01S13/00;G01S13/66;G01S7/36;G01S7/282
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、確定多基雷達目標跟蹤場景；

S2、確定表征多基雷達射頻隱身的性能指標；具體為：

采用k+1時刻敵方無源探測系統對多基雷達的截獲概率p_I(k+1)作為多基雷達射頻隱身性能衡量指標：

其中，T_d(k+1)為k+1時刻多基雷達的駐留時間；T_I為截獲接收機搜索總時間；erfc(·)表示互補誤差函數；τ_I為截獲接收機一個周期平均窗口寬度；△T為雷達發射機采樣間隔；p'_fa為給定虛警概率；G_t是雷達發射天線增益；G_I為截獲接收在雷達發射機方向上的接收天線增益；G_IP為截獲接收機處理增益；B_I為匹配濾波器帶寬；F_I是截獲接收機的噪聲系數，P_t(k+1)為k+1時刻多基雷達的發射功率，R_t(k+1)為k+1時刻雷達發射機到目標的距離，G_t是雷達發射天線增益，λ表示雷達發射波長，k為玻爾茲曼常數，T₀接收機的接收噪聲系統溫度；

S3、確定表征多基雷達目標跟蹤的性能指標；具體為：

采用交互式多模型k+1時刻的預測協方差矩陣估計值的跡作為多基雷達目標跟蹤性能衡量指標，Ω_k+1表示k+1時刻多基雷達發射參數，包括k+1時刻多基雷達的發射功率P_t(k+1)，k+1時刻多基雷達的駐留時間T_d(k+1)，k+1時刻多基雷達的帶寬W_k+1和k+1時刻多基雷達的高斯脈沖長度λ_k+1，交互式多模型k+1時刻的預測協方差矩陣估計值由式(2)計算得到：

其中，M表示交互式多模型的數量；表示k時刻交互式多模型預測k+1時刻的狀態值，表示k時刻第m個模型預測k+1時刻的狀態值；表示k時刻預測k+1時刻第m個模型概率；表示第m個模型k+1時刻的協方差矩陣估計值；

根據式(3)-(6)擴展卡爾曼濾波算法，k時刻預測k+1時刻的狀態值和k+1時刻的協方差矩陣估計值P_k+1|k+1(Ω_k+1)，分別由式(3)和式(6)計算得到：

P_k+1|k＝FP_k|kF^T+Q (4)；

P_k+1|k+1(Ω_k+1)＝[I-K_k+1(Ω_k+1)H_k+1]P_k+1|k (6)；

其中，F表示狀態轉移矩陣；表示k時刻的目標狀態值；P_k|k是k時刻的協方差矩陣估計值；P_k+1|k表示k時刻預測k+1時刻的協方差矩陣；K_k+1(Ω_k+1)表示k+1時刻的濾波增益權重；Q為高斯白噪聲矩陣；上標(·)^T表示矩陣的轉置；上標(·)^-1表示矩陣的逆矩陣；H_k+1表示k+1時刻的雅克比矩陣；I表示單位矩陣；N_k+1(Ω_k+1)表示k+1時刻的觀測誤差協方差矩陣，由式(7)表示為：

其中，diag[·]表示對角矩陣；表示k+1時刻第i部雷達接收機觀測的誤差協方差矩陣，i＝1,…N；由式(8)表示為：

其中，是k+1時刻關于時延τ、多普勒頻率v和角度θ的克拉美-羅下界矩陣；T表示轉換矩陣，T＝diag(c/2,c/2ω_c,1)；c為電磁傳播速度；ω_c為載波頻率；由式(9)表示為：

其中，b_k+1＝W_k+1/2T_k+1表示k+1時刻的信號調頻斜率；W_k+1為k+1時刻的掃頻；T_k+1為k+1時刻的有效脈沖寬度，且T_k+1＝7.4338λ_k+1；λ_k+1為k+1時刻的脈沖持續時間；為固定常數；表示k+1時刻第i部接收機的信噪比，由式(10)表示為：

其中，G_t是雷達發射天線增益；G_r,i是第i部接收機接收天線增益；σ_t表示目標雷達散射截面；λ表示雷達發射波長；G_RP表示雷達接收機處理增益；B_r為匹配濾波器帶寬；k為玻爾茲曼常數；T₀接收機的接收噪聲系統溫度；F_r,i是第i部雷達接收機的噪聲系數；R_t(k+1)表示k+1時刻雷達發射機到目標的距離；R_r,i(k+1)表示k+1時刻目標到第i部雷達接收機的距離；

S4、建立面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化數學模型；具體為：

以滿足多基雷達發射參數資源為約束條件，建立面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化模型：

其中，P_t(k+1)為k+1時刻多基雷達的發射功率，T_d(k+1)為k+1時刻多基雷達的駐留時間，Θ表示待選的雷達發射參數集合，p_I(k+1)為k+1時刻敵方無源探測系統對多基雷達的截獲概率；為交互式多模型k+1時刻的預測協方差矩陣估計值，Ω_k+1表示k+1時刻多基雷達發射參數，和分別為雷達發射機k+1時刻的發射功率P_t(k+1)的最大值和最小值，和T_r分別為k+1時刻多基雷達的駐留時間T_d(k+1)的最大值和最小值；SNR_min為跟蹤過程中目標檢測的信噪比閾值，SNR_net(k+1)為k時刻預測k+1時刻的系統信噪比，由式(12)表示為：

其中，SNR_i(k+1)表示k+1時刻第i部接收機的信噪比；N是雷達接收機數量；G_t是雷達發射天線增益；G_r,i是第i部接收機接收天線增益；σ_t表示目標雷達散射截面；λ表示雷達發射波長；G_RP表示雷達接收機處理增益；B_r為匹配濾波器帶寬；k為玻爾茲曼常數；T₀接收機的接收噪聲系統溫度；F_r,i是第i部雷達接收機的噪聲系數；R_t(k+1)表示k+1時刻雷達發射機到目標的距離；R_r,i(k+1)表示k+1時刻目標到第i部雷達接收機的距離；

S5、面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化數學模型的求解；

具體為：

首先，根據面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化模型，計算大于等于約束條件中所給定門限SNR_min的多基雷達信噪比所對應的發射功率和駐留時間；然后，從中選擇使截獲概率最小的發射功率和駐留時間作為下一時刻的多基雷達的發射功率和駐留時間；在確定發射功率和駐留時間的基礎上，選擇使交互式多模型預測協方差矩陣估計值的跡最小的帶寬和高斯脈沖長度作為下一時刻多基雷達發射波形的帶寬和高斯脈沖長度，從而完成整個雷達發射參數自適應選擇過程。

2.根據權利要求1所述的面向射頻隱身和目標跟蹤的多基雷達發射參數優化方法，其特征在于，步驟S1中多基雷達由一部雷達發射機和N部雷達接收機構成，并且雷達發射機和N部雷達接收機處于不同方位，雷達接收機可接收到的雷達信號通過數據鏈傳輸到雷達發射機進行處理，通過交互式多模型擴展卡爾曼濾波算法對目標進行跟蹤。